a) Đầu có rơvônve b) Đầu nhiều trục
5.4.2. Phương pháp gia công bằng tia laze.
Thực chất chùm tia lade chỉ là một chùm ánh sáng đơn sắc, có tính định hướng cao, bước sóng rất ngắn nên có thể dùng hệ thống quang học để tập trung nó trên một diện tích rất nhỏ, có mật độ năng lượng rất cao, có thể đạt tới 10012
W / cm2 hoặc cao hơn. Với mật độ như vậy, nhiệt độ có thể lên tới hàng ngàn độ, có thể nung nóng, làm chảy lỏng và đốt cháy kim loại ở vùng nó tác dụng vào. Do đó có thể dùng làm bền chắc bề mặt, hàn những mối hàn rất nhỏ hoặc gia công mặt lỗ, rãnh định hình có kích thước nhỏ.
Hiện nay máy phát lade có nhiều loại, dùng trong nhiều lĩnh vực khác nhau. Nguyên lý phát ra chùm lade có thể tóm tắt như sau. Trong vật liệu phát ra chùm lade có những ion hoạt tính. Khi những ion này được kích lên ở năng lượng cao và lúc tụt xuống mức năng lượng cơ sở, những ion đó phát ra những lượng tử, những lượng tử này lại bắn vào các ion khác và những ion kia lại phát
113
ra lượng tử cứ như một phản ứng dây chuyền làm tăng rất nhanh số hạt lượng tử. Nếu dùng thêm các bộ cộng hưởng quang học thì tốc độ tăng của các hạt lượng tử càng nhanh, lớn hơn và phát ra tia lade.
Khi tập trung tia lade vào vị trí cần gia công phải chọn hệ thống quang học và các thông số công nghệ như năng lượng chùm tia, thời gian xung tác dụng vớichùm tia, tiêu cự của hệ thống quang học, số xung lade v.v...tuỳ theo yêu cầu của gia công.
Quá trình tác dụng của chùm tia lade vào vị trí gia công có thể phân thành các giai đoạn sau:
-Vật liệu gia công hút năng lượng của chùm tia lade và chuyển năng lượng này thành nhiêt năng.
-Đốt nóng vật liệu gia công tới nhiệt độ có thể phá hỏng vật liệu đó. Giai đoại này ứng với cquá trình truyền nhiệt trong vật rắn tuyệt đối bị giới hạn về một phía theo phương tác dụng của chùm tia kể từ bề mặt tác dụng
- Phá hỏng vật liệu gia công và đẩy chúng ra khỏi vùng gia công. Giai đoạn này ứng với quá trình truyền nhiệt mà bề mặt tác dụng luôn luôn thay đổi theo phương tác dụng của chùm lade.
- Vật liệu gia công nguội dần sau khi chùm lade tác dụng xong. Các giai đoạn được xác định trên cơ sở các hiện tượng vật lý xảy ra và từ đó có thể viết được các phương trình truyền nhiệt trong từng giai đoạn. Với các điều kiện cụ thể, nghiệm của các phương trình này cho phép xác định được chế độ gia công thích hợp.Để tạo nên mật độ năng lượng cao tại vị trí gia công tuỳ thuộc vào mục đích công nghệ có thể dùng nhiều biện pháp khác nhau. Hiện nay thường dùng các biện pháp sau:
-Dùng thấu kính hội tụ.
+ Khi dùng thấu kính hình cầu (hình 5.25 a), lúc này vết tập trung trên bề mặt gia công sẽ là hình tròn có thể dùng để gia công lỗ, hàn điểm. Nếu cung cấp thêm cho chi tiết gia công một chuyển động tương đối phù hợp với hình dạng yêu cầu có thể gia công được những lỗ, rãnh hoặc hàn những vết hàn có hình phức tạp.
+ Khi dùng thấu kính hình trụ (hình 5.25 b), vết tập trung sẽ có dạng dài, hẹp để gia công rãnh hẹp, v. v.
114
a) b)
Hình 5.25: Các biện pháp tạo mật độ năng lượng caoDùng thấu kính cầu và thấu kính hình trụ
Phương pháp này có ưu điểm là tập trung được toàn bộ năng lượng chùm tia vào vị trí gia công, nhưng mật độ năng lượng phân bố không đều, càng xa tâm trục quang mật độ càng thấp dẫn đến lỗ, rãnh sẽ bị côn hoặc hẹp dần theo chiều sâu. Để khắc phục nhược điểm trên đồng thời dễ dàng tạo ra những mặt định hình phức tạp có kích thước nhỏ có thể sử dụng phương pháp tập trung chùm tia bằng hệ thống những thấu kính và màn chắn tương tự như hệ thống chiếu ânh.. Với phương pháp này có thể tạo ra vết tập trung có hình dạng bất kỳ, mật độ năng lượng có sự phân bố đều hơn nên hạn chế được nhược điểm trên, nhưng mất mát một phần năng lượng chùm tia qua các màn chắn, làm giảm hiệu suất sử dụng năng lượng chùm tia.
Kích thước gia công phụ thuộc vào tính chất vật liệu gia công, mật độ năng lượng chùm tia, tính chất của hệ thống tập trung năng lượng, thời gian tác dụng chùm tia vào vật gia công hoặc số lượng xung v .v.
Hiện nay gia công lỗ nhỏ bằng chùm tia lade rất có hiệu quả. Đường kính lỗ nhỏ nhất có thể đạt tới d = 4 m. Nhờ lade không những có thể gia công được kim loại mà còn gia công được lỗ nhỏ d = 0,025 0,25 mm trên thạch anh, kim cương, rubi hoặc gia công thép có d = 0,1 0,2 mm, chiều sâu lỗ d = 0,2
0,2 mm thì độ chính xác của nó khoảng 2 5m.